一種基于PMBus總線的數(shù)字電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)字電源領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種基于PMBus總線數(shù)字電源，該數(shù)字 電源采用PMBus總線數(shù)字控制器，能穩(wěn)定輸入高頻功率的電源。
【背景技術(shù)】
[000引 目前絕大多數(shù)的數(shù)字電源通常采用DSP、DSP與FPGA、ARM與CPLD等方案實現(xiàn)電源 系統(tǒng)的控制與管理。DSP具有軟件靈活性，主要用來完成數(shù)據(jù)采集、控制算法的運算和數(shù)據(jù) 監(jiān)控通信等功能；FPGA具有硬件集成度高，高可靠性，高速W及強大的并行處理能力，可用 于高精度PWM的輸出。數(shù)字電源的基本原理為；DSP或ARM的A/D采樣單元將采集到的電 源電壓電流信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，送入DSP或ARM主處理器形成電壓環(huán)和電流環(huán)，與給定的 電壓電流數(shù)字量進行比較得到誤差量，通過PID算法調(diào)整數(shù)據(jù)，輸出調(diào)整量，調(diào)節(jié)PWM，從而 調(diào)整數(shù)字電源的輸出。顯然，上述數(shù)字電源方案無論是在硬件上還是在軟件控制算法上，特 別是在控制算法和死區(qū)時間控制等方面，實現(xiàn)起來都比較復(fù)雜。
[0003] 電源管理總線（PMBus)為控制電源變換和管理器件規(guī)定了數(shù)字通信協(xié)議。采用 PMBus,可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)命令集配置、監(jiān)控和操作電源變換器。盡管PMBus為數(shù)字電源發(fā)展提供 了新的方向，但現(xiàn)有基于PMBus的數(shù)字電源仍存在輸出電壓控制不精確，故障信號響應(yīng)、保 護措施不及時等缺陷，影響了數(shù)字電源的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的W上缺陷或改進需求，本發(fā)明的目的在于提供一種基于PMBus總 線的高頻功率數(shù)字電源，其中通過對其關(guān)鍵工藝結(jié)構(gòu)譬如數(shù)字補償方式等進行改進，與現(xiàn) 有技術(shù)相比能夠有效解決輸出電壓控制不精確、故障信號響應(yīng)不及時的問題；并且PMBus 總線數(shù)字控制器通過PMBus總線與處理器（MCU、ARM或DSP等）通信，可實現(xiàn)對輸入輸出電 壓電流、溫度W及工作狀態(tài)的監(jiān)控和控制。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于PMBus總線的數(shù)字電源，其特征在于，包 括主回路功率電路和數(shù)字控制管理單元，其中：
[0006] 所述主回路功率電路用于輸入電壓，并用于輸出電壓；
[0007] 所述數(shù)字控制管理單元包括PMBus總線數(shù)字控制器、ADC采樣調(diào)理電路、處理器W 及顯示終端，所述PMBus總線數(shù)字控制器分別與所述ADC采樣調(diào)理電路和所述處理器連接， 所述顯示終端與所述處理器相連；
[000引所述PMBus總線數(shù)字控制器與所述主回路功率電路連接，用于控制所述主回路功 率電路的輸出電壓；
[0009] 所述ADC采樣調(diào)理電路用于采樣所述主回路功率電路的輸入電壓、輸入電流、輸 出電壓和輸出電流，并將采樣得到的各個電壓值和電流值調(diào)整為所述PMBus總線數(shù)字控制 器的ADC輸入需要的范圍之內(nèi)，分別得到ADC輸入電壓、ADC輸入電流、ADC輸出電壓和ADC 輸出電流；
[0010] 所述處理器用于將所述PMBus總線數(shù)字控制器中的ADC輸入電壓、ADC輸入電流、 ADC輸出電壓、ADC輸出電流信息傳遞到所述顯示終端；
[0011] 所述顯示終端用于顯示所述主回路功率電路的輸入電壓、輸入電流、輸出電壓和 輸出電流。
[0012] 作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述PMBus總線數(shù)字控制器內(nèi)部具有可編程數(shù)字補償 器，用于控制所述主回路功率電路的輸出電壓；該數(shù)字補償器采用PID數(shù)字補償器架構(gòu)，包 括一個低頻濾波器和一個高頻濾波器，所述數(shù)字補償器在Z域中的傳遞函數(shù)H(z)為：
[001引
【主權(quán)項】
1. 一種基于PMBus總線的數(shù)字電源，其特征在于，包括主回路功率電路和數(shù)字控制管 理單元，其中： 所述主回路功率電路用于輸入電壓，并用于輸出電壓； 所述數(shù)字控制管理單元包括PMBus總線數(shù)字控制器、ADC采樣調(diào)理電路、處理器以及顯 示終端，所述PMBus總線數(shù)字控制器分別與所述ADC采樣調(diào)理電路和所述處理器連接，所述 顯示終端與所述處理器相連； 所述PMBus總線數(shù)字控制器與所述主回路功率電路連接，用于控制所述主回路功率電 路的輸出電壓； 所述ADC采樣調(diào)理電路用于采樣所述主回路功率電路的輸入電壓、輸入電流、輸出電 壓和輸出電流，并將采樣得到的各個電壓值和電流值調(diào)整為所述PMBus總線數(shù)字控制器的 ADC輸入需要的范圍之內(nèi)，分別得到ADC輸入電壓、ADC輸入電流、ADC輸出電壓和ADC輸出 電流； 所述處理器用于將所述PMBus總線數(shù)字控制器中的ADC輸入電壓、ADC輸入電流、ADC 輸出電壓、ADC輸出電流信息傳遞到所述顯示終端； 所述顯示終端用于顯示所述主回路功率電路的輸入電壓、輸入電流、輸出電壓和輸出 電流。
2. 如權(quán)利要求1所述基于PMBus總線的數(shù)字電源，其特征在于，所述PMBus總線數(shù)字控 制器內(nèi)部具有可編程數(shù)字補償器，用于控制所述主回路功率電路的輸出電壓；該數(shù)字補償 器采用PID數(shù)字補償器架構(gòu)，包括一個低頻濾波器和一個高頻濾波器，所述數(shù)字補償器在z 域中的傳遞函數(shù)為：
其中D為所述低頻濾波器增益；C為所述高頻濾波器增益；B為所述高頻濾波器 零點；A為所述高頻濾波器極點；ADD_PZ為添加在所述數(shù)字補償器上的一個額外的零 點或極點；LFG為所述低頻濾波器的增益系數(shù)，HFG為所述高頻濾波器的增益系數(shù)， LFG = 5. 968XmX 106/fsw，HFG = 3. 73XmX 105/fsw，m 為比例因子，fsw為開關(guān)頻率； 當(dāng) 48. 8kHz < fsw< 97. 7kHz 時，m=l;當(dāng) 97.7k < 195.時，m = 2;當(dāng) I 9 5.3k H ^sir < 390 時，m = 4;當(dāng) 390. 6kHz < fsw時，m = 8。
3. 如權(quán)利要求2所述基于PMBus總線的數(shù)字電源，其特征在于，所述m = 1。
4. 如權(quán)利要求1所述基于PMBus總線的數(shù)字電源，其特征在于，所述主回路功率電路包 括輸入保護電路、輸入濾波電路、全橋逆變與高頻變壓器和輸出整流濾波電路，其中所述輸 入保護電路依次與所述輸入濾波電路、全橋逆變與高頻變壓器和輸出整流濾波電路連接； 所述輸入保護電路具有電壓輸入端，用于輸入電壓。
5. 如權(quán)利要求1所述基于PMBus總線的數(shù)字電源，其特征在于，所述主回路功率電路的 輸出電壓經(jīng)所述PMBus總線數(shù)字控制器中的ADC采樣調(diào)理電路采樣得到u ADC;所述u _被送 入所述PMBus總線數(shù)字控制器中，并與給定的數(shù)字電源輸出電壓數(shù)字量Usrt進行比較，得到 誤差量所述PID數(shù)字補償器根據(jù)所述u _調(diào)整數(shù)據(jù)，輸出移相角Θ調(diào)整量；所述PMBus 總線數(shù)字控制器內(nèi)部的數(shù)字PWM引擎根據(jù)所述Θ調(diào)節(jié)PWM，從而調(diào)整所述數(shù)字電源輸出的 電壓。
6. 如權(quán)利要求1所述基于PMBus總線的數(shù)字電源，其特征在于，所述PMBus總線數(shù)字控 制器還設(shè)置有溫度檢測單元，用于檢測溫度得到溫度值；所述處理器用于將所述溫度值傳 遞到所述顯示終端。
7. 如權(quán)利要求1所述基于PMBus總線的數(shù)字電源，其特征在于，所述顯示終端還設(shè)有按 鈕用于設(shè)置預(yù)置輸出電壓；所述預(yù)置輸出電壓的數(shù)字量依次經(jīng)過所述處理器、所述PMBus 總線數(shù)字控制器中的PMBus總線傳遞到所述PMBus總線數(shù)字控制器中的EEPROM ;所述 PMBus總線數(shù)字控制器根據(jù)所述預(yù)置輸出電壓的數(shù)字量更新Usrt;所述PID數(shù)字補償器根據(jù) 更新后的U srt，調(diào)整所述主回路功率電路的輸出電壓。
8. 如權(quán)利要求1 一 7任意一項所述基于PMBus總線的數(shù)字電源，其特征在于，所述 PMBus總線數(shù)字控制器還具有自適應(yīng)死區(qū)補償寄存器，所述自適應(yīng)死區(qū)補償寄存器與所述 PMBus總線數(shù)字控制器內(nèi)部的數(shù)字PWM引擎連接，用于實時校準(zhǔn)PWM邊沿之間的死區(qū)時間。
9. 如權(quán)利要求1 一 8任意一項所述基于PMBus總線的數(shù)字電源，其特征在于，所述 PMBus總線數(shù)字控制器還包括PMBus保護模塊，用于提供輸出過壓保護、輸出欠壓保護、輸 出過流保護和過溫保護。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于PMBus總線的數(shù)字電源，包括主回路功率電路和數(shù)字控制管理單元；數(shù)字控制管理單元包括PMBus總線數(shù)字控制器、ADC采樣調(diào)理電路、處理器以及顯示終端；PMBus總線數(shù)字控制器與主回路功率電路連接，用于控制主回路功率電路的輸出電壓；ADC采樣調(diào)理電路用于采樣主回路功率電路的輸入電壓、輸入電流、輸出電壓和輸出電流，分別得到ADC輸入電壓、ADC輸入電流、ADC輸出電壓和ADC輸出電流；處理器用于將ADC輸入電壓、ADC輸入電流、ADC輸出電壓、ADC輸出電流信息傳遞到顯示終端。本發(fā)明的數(shù)字電源輸出電壓控制精確、故障信號響應(yīng)及時，并且能夠?qū)斎胼敵鲭妷弘娏?、溫度以及工作狀態(tài)進行監(jiān)控和控制。
【IPC分類】H02M3-28
【公開號】CN104767385
【申請?zhí)枴緾N201510175309
【發(fā)明人】程友信, 樊吶, 喬洪濤, 常超, 馬高育, 周奐斌, 李德炎
【申請人】湖北三江航天萬峰科技發(fā)展有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月13日